胡良躍，沈 斐，劉 剛

(湖北國土資源安全衛(wèi)生科學研究院，湖北武漢 430072)

0 引言

安全管理理論認為，事故的根本原因是物的不安全狀態(tài)和人的不安全行為。眾所周知，煤礦井下大多有發(fā)生諸如頂板坍塌、瓦斯與煤塵爆炸、透水淹井、煤自燃發(fā)火等災害的可能性，發(fā)生事故的原因不外乎是人為因素和環(huán)境因素(即可能引發(fā)事故的地質(zhì)因素)。

事故統(tǒng)計表明:煤礦發(fā)生的事故有60% ～70%與地質(zhì)因素有關(guān)，當屬地質(zhì)災害。因此，消除物的不安全狀態(tài)(即地質(zhì)因素)，實現(xiàn)本質(zhì)安全化，是煤礦事故預防的重點。在煤礦事故中，局部冒頂、瓦斯窒息、水害事故約占總事故的95%以上。造成這些事故發(fā)生的地質(zhì)因素有:①巖石的性質(zhì)、強度、含水性、透水性等;②地質(zhì)構(gòu)造，包括褶皺、斷層、裂隙、火成巖侵入接觸帶;③瓦斯的含量、涌出量、涌出規(guī)律、瓦斯梯度等;④礦井的充水水源、通道，小窯、老空區(qū)的分布及積水、聚氣情況等;⑤煤層的自燃傾向。認真研究這些地質(zhì)因素，找出規(guī)律，制定有效的防治措施，對指導煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義［1］。

湖北省南漳縣東鞏鎮(zhèn)煤礦礦區(qū)處于荊山山脈北麓余脈，山脈呈東西走向。礦區(qū)西段地形切割強烈，溝谷顯著，坡度一般30°～40°，地貌形態(tài)復雜。區(qū)內(nèi)南面礦層露頭最大標高730 m;礦區(qū)北面相對高差535 m，屬中低山區(qū)。煤層厚度1.3～0.4 m之間，多為年產(chǎn)量＜5萬t的小型煤礦。

本區(qū)屬亞熱帶溫暖濕潤氣候。據(jù)南漳縣氣象站1952—1987年資料，7、8、9月的氣溫最高，7月份平均氣溫28℃左右，最高超過39.9℃;11、12月氣溫最低，1月平均氣溫2°～3°，最低氣溫－17.4℃。年降雨量最大為1 323.6 mm(1964 年)，最小 587.8 mm(1957年)，一般為909 mm。一年中5—8月為雨季，降水量占全年的36.46% ～80.59%。一般11月開始降雪，可以成短期冰凍。區(qū)內(nèi)河流較少，僅西北緣有一條老鴉溝，其最大流量為 3 312.35 L/s，最小流量 9.5 L/s，由西向東流入小漳河［2］。

1 煤礦地質(zhì)環(huán)境與生產(chǎn)安全事故

該煤礦礦區(qū)開采屬地下作業(yè)，由于其生產(chǎn)系統(tǒng)復雜，環(huán)節(jié)眾多，地質(zhì)條件頻繁變化的采掘工作面的推進及隨時移動，給井下生產(chǎn)帶來了一個個未知而又不安全因素，特別是頂板、瓦斯、水、火、煤塵等五大自然災害時刻威脅職工的生命安全。雖然“安全第一、預防為主”的方針作為煤礦安全生產(chǎn)永恒的主題，但是傷亡事故仍時有發(fā)生。究其原因雖有多種，但特殊的自然地質(zhì)環(huán)境和惡劣的地質(zhì)條件往往是孕育慘痛事故的溫床。

1.1 礦井安全與地質(zhì)構(gòu)造

該煤礦礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造:地質(zhì)構(gòu)造常出現(xiàn)巖層滑移，圍巖破碎等特征，因而地質(zhì)構(gòu)造帶往往是發(fā)生頂板、透水、瓦斯事故的地段。

(1)褶曲構(gòu)造 在褶曲構(gòu)造形成過程中，由于巖體受構(gòu)造應力作用，巖體中物理力學強度各異的工程地質(zhì)層會產(chǎn)生一系列不同規(guī)模的斷層、裂隙、節(jié)理或?qū)娱g滑動。在褶曲軸部，硬質(zhì)巖節(jié)理、裂隙、小斷裂等硬性結(jié)構(gòu)面發(fā)育而呈碎裂結(jié)構(gòu);軟質(zhì)巖(如煤層、泥層)常出現(xiàn)層間滑動;軟、硬巖層接觸部位常產(chǎn)生次級壓扭性斷層。這些部位在回采中不易支護，易發(fā)生片幫、冒頂事故。此外，由于軟弱層的層間滑動，褶曲軸部的煤層厚度變化較大，小眼掘進時易發(fā)生煤層跨落堵人事故。

(2)斷層 斷層廣泛發(fā)育于不同構(gòu)造環(huán)境中類型很多，斷層活動總會在產(chǎn)出地段的有關(guān)地層、構(gòu)造、煤層反應出來。在礦井生產(chǎn)過程中，常遇到許多不同性質(zhì)的斷層，其破碎帶大小不一，對圍巖破壞程度也不同。壓扭性斷層兩旁通常有牽引、揉皺、擠壓等現(xiàn)象，導致煤層突增或壓薄，煤層突增處易產(chǎn)生煤層偏冒、跨落堵人事故;還有一些力學性不明的小斷層和頂斷底不斷、底斷頂不斷的小斷層，以及小斷層與小斷層之間滑動構(gòu)造部位，也易出現(xiàn)偏冒跨落事故。這是由于受到斷裂構(gòu)造應力作用的巖體易脫落，且脫落面積較大，偏冒跨落前沒有預兆，采空后頂板來壓較快，故斷層帶及其附近是產(chǎn)生頂板事故的多發(fā)地段。因此，工作面斷層過壓時，正確推斷斷層的性質(zhì)、斷距，及時留設斷層煤柱，是防止透水及瓦斯事故的關(guān)鍵。

(3)從瓦斯賦存與構(gòu)造關(guān)系規(guī)律看，褶曲軸部往往是瓦斯富集帶，為此正確預測褶曲軸部位置對防止瓦斯突出而引起的事故也是至關(guān)重要的。

1.2 冒頂事故與頂板軟弱工程地質(zhì)層

據(jù)統(tǒng)計，冒頂事故是煤礦的第一大類事故。因此，開展地質(zhì)環(huán)境的研究，制定科學的頂板管理辦法和冒頂事故的預防措施是煤礦安全管理的重點。

(1)冒頂事故的地質(zhì)因素分析 據(jù)統(tǒng)計，煤礦易發(fā)生局部冒頂事故的主要地點有:頂板破碎、層理發(fā)育易脫層及偽頂發(fā)育的回采工作面和煤巷;煤層厚度變厚點、急傾斜煤層和煤質(zhì)松軟的回采工作面和切眼;見煤點和過斷層破碎帶的掘進工作面;采空區(qū)附近等?？v觀這些冒頂事故發(fā)生的地點，都與地質(zhì)因素有關(guān)。

根據(jù)原湖北省第八地質(zhì)大隊以往的地質(zhì)勘查資料，南漳縣東鞏鎮(zhèn)主要含煤地層屬二疊系下統(tǒng)巖組，由細砂巖、粉砂巖、泥巖和煤組成，其中粉砂巖、泥巖、煤層是二疊系下統(tǒng)中的主要軟弱工程地質(zhì)層，粉砂巖巖塊抗壓強度為67.5 MPa、抗剪強度僅12 MPa，而泥巖和煤層的力學強度則更低。主采煤層的頂板多為泥巖，少數(shù)粉砂巖。偽頂發(fā)育且不規(guī)則，巖性為泥巖或炭質(zhì)泥巖，呈鍋底狀、透鏡狀等不規(guī)則狀，大小不一，其完整性和穩(wěn)定性差。直接頂多為泥巖、粉砂巖互層，層理發(fā)育，強度低，受后期構(gòu)造影響，裂隙發(fā)育，采動后易形成“人字劈”等。許多案例證明，若不及時支護或支護質(zhì)量低劣，往往造成冒落傷人事故。煤系形成之后，受燕山期構(gòu)造運動改造，褶皺、斷層、裂隙異常發(fā)育。褶曲的軸部、斷層破碎帶等部位巖石破碎易發(fā)生冒頂事故。

(2)冒頂事故的防治措施 在加強地質(zhì)因素研究的基礎(chǔ)上，認真編制“三書”(采區(qū)地質(zhì)說明書、回采工作面地質(zhì)說明書、掘進工作面地質(zhì)說明書)。詳細闡述頂板的巖性——強度、完整性、層理、裂隙發(fā)育程度、發(fā)育方向;預測煤層厚度、傾角的變化、構(gòu)造情況、采空區(qū)的分布范圍等;建議生產(chǎn)部門選擇何種支護方式;加強現(xiàn)場管理，堅持“敲幫問頂”制度，發(fā)現(xiàn)預兆，及時整改，即可有效地預防冒頂事故的發(fā)生。

1.3 水害事故與水文地質(zhì)

據(jù)統(tǒng)計，發(fā)生透水事故是煤礦的又一大類事故，因此，開展水文地質(zhì)研究對煤礦安全生產(chǎn)也是非常必要的。

(1)水害事故的地質(zhì)因素分析 統(tǒng)計資料表明:煤礦造成水害事故的主要原因有掘進巷道和回采工作面采通小窯、老空區(qū)，遇導水斷層或封閉不良的鉆孔突水，雨季的淹井等。煤礦發(fā)生透水事故造成人員傷亡的絕大多數(shù)是小窯和老空區(qū)積水所致。由于井田內(nèi)淺部小煤窯的非法超層越界侵入，溝通地表，致使大氣降水、地表水沿通道進入，聚積在采空區(qū)。若不注意水文地質(zhì)調(diào)查，弄不清楚采空區(qū)的分布范圍、積水量及充水通道，使“探放水”無的放矢，極易導致工作面掘(或采)通老空水，釀成透水事故。

煤系地層本身屬弱含水巖系，底部泥巖起著隔離灰?guī)r的作用，含水層突水可能性較小。但若受斷裂構(gòu)造影響，導水斷層可能與灰?guī)r接口或溝通，就可能導致突水。早期鉆孔封孔質(zhì)量不好，積水多，采通鉆孔亦可能發(fā)生透水事故。

該煤礦礦區(qū)地處亞熱帶，溫濕多雨，年降雨量在1 000 mm以上，且多集中于4—8月份，占年降雨量的66.8%。雨季期間，若不嚴加防范，也可能造成淹井事故。因此，雨季“三防”不容忽視(三防:防洪水、防暴雨、防塌陷)。

(2)水害事故的防治措施 雖然該礦區(qū)水害事故的發(fā)生率較低，但一旦發(fā)生所造成的經(jīng)濟損失卻是巨大的，應廣泛開展水文地質(zhì)調(diào)查，對礦區(qū)范圍內(nèi)巖層的含水性、各種構(gòu)造的水文地質(zhì)特征、小煤窯采空區(qū)的分布范圍、積水情況、各鉆孔質(zhì)量、當?shù)氐哪杲涤炅康惹闆r進行綜合分析，查明充水水源的通道，編制水文地質(zhì)圖，指導防治水，使深放水工作有的放矢，才能避免水害事故的發(fā)生，促進安全生產(chǎn)。

2 井下地質(zhì)環(huán)境安全措施

多年來，人們在調(diào)查、分析和處理事故過程中常常側(cè)重于主觀因素，重視追究事故責任者的責任，而往往淡漠了事故產(chǎn)生的客觀地質(zhì)環(huán)境因素，沒有很好地總結(jié)每起事故發(fā)生與其地質(zhì)條件的內(nèi)在必然聯(lián)系的規(guī)律，并從中吸取經(jīng)驗教訓，因而現(xiàn)實中我們常常發(fā)現(xiàn)同樣性質(zhì)的事故屢防屢犯，防而不止，杜而不絕的被動局面。綜上所述，作者就湖北省南漳縣東鞏鎮(zhèn)的小型煤礦地質(zhì)環(huán)境因素與礦井安全存在的矛盾，提出如下解決辦法和防范措施。

2.1 加強頂板管理

(1)采掘工作面在開工之前，要以新《煤礦安全規(guī)程》為指導思想，制定嚴格、詳細的作業(yè)規(guī)程，規(guī)程中要針對工作面的具體的地質(zhì)條件，制定詳細的采面地質(zhì)說明書與完善的頂板管理措施，特別是對工作面支護質(zhì)量、規(guī)格要作嚴格細致的規(guī)定，并且要隨著工作面的不斷推進和地質(zhì)條件的不斷變化而作出相應的補充和完善，并做到培訓到位，貫徹到個人。作業(yè)規(guī)程須經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導審批并在有關(guān)人員(包括安全監(jiān)管員、技術(shù)員)中進行全面貫徹之后方可開工，無作業(yè)規(guī)程或不完善以及沒有全面貫徹堅決不許開工。

(2)采掘工作面首先要嚴格按照新《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定施工作業(yè)，嚴禁違章作業(yè)，堅持“三不生產(chǎn)原則”強化現(xiàn)場管理。其次，工作面的支護質(zhì)量規(guī)格和方式要嚴格按照規(guī)程要求進行，不合格的堅決令其停產(chǎn)整改，遇到地質(zhì)條件特殊地段如斷層、褶曲、擠壓帶和頂板特別破碎地點要采取特殊和穩(wěn)妥的支護方式。其三，采面要堅持按規(guī)程要求及時回柱放頂，無及時回柱放頂?shù)牟粶首鳂I(yè)。其四，小眼開口時:開口前應先險查開口處前后5.0 m內(nèi)運巷棚架的完好情況以及頂板與開口邦的情況，凡有支架腐朽或折斷應先修復加固，開口處必須再架設抬棚支控，開口后應及時鎖口支護;剛開口應采取少裝藥、放小炮的措施，以避免造成對開口處圍巖的震動破壞;對圍巖比較完整、煤層厚度＜1.2 m、不需要架棚支護的小井，開口3.0 m內(nèi)寬度可以達到2.0 m，以便于行人，小井口應設置扶梯。

(3)根據(jù)煤巖性特征，合理布置炮眼，控制裝藥量，避免由于放炮引起冒頂事故。

(4)切實落實采掘工作面的敲幫問頂工作，架棚巷道堅持使用超前支護，嚴禁空頂作業(yè)，消除頂板事故［3］。

2.2 加強瓦斯管理，深入開展瓦斯地質(zhì)的預測預報工作

(1)地質(zhì)人員要及時準確做好斷層、褶曲等瓦斯富集地段的地質(zhì)構(gòu)造具體情況的預測預報工作，以便為開采過程及時留設斷層煤柱或及時做好瓦斯管理工作提供可靠依據(jù)。

(2)加強采掘工作面的瓦斯管理，切實落實瓦斯檢測制度，在過斷層、褶曲等瓦斯富集地段，應適當增加瓦斯檢測次數(shù)或加大供風量沖淡瓦斯。

(3)做好局部通風工作，保證工作面有足夠的風量沖淡瓦斯?jié)舛?。采掘作業(yè)點要堅持“一炮三檢”制度。對臨時停工停風地點，沒有避風的獨頭巷道、小眼、采空區(qū)應及時設置柵欄，并掛上警標，以防氣體事故。

(4)采取合理的開采順序，加強采面管理，防止因采面管理不善而導致瓦斯異常涌出。

2.3 加強水害的治理工作

由于礦井在開拓、掘進、回采過程中，不斷改變原始水文地質(zhì)條件，從而導致水害發(fā)生，危及礦井安全的水害有:

(1)加強對周邊小煤窯的整治，對非法超層越界開采而危及礦井安全生產(chǎn)的小煤窯，堅決給予封閉，并追究法律責任。

(2)加強小煤窯的調(diào)查力度，經(jīng)常組織地質(zhì)、生產(chǎn)、安監(jiān)等部門有關(guān)人員深入周邊小煤窯，對小煤窯開采現(xiàn)狀、老窯及老空區(qū)進行全面徹底調(diào)查，并密切注意周邊小煤窯生產(chǎn)動態(tài)，超前做好井下透水隱患的預測預報工作，及時治理塌陷區(qū)和護巷煤柱被破地段。

(3)加強采掘工作面的探放水工作，堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，把透水隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

3 結(jié)論

本文通過分析南漳縣東鞏鎮(zhèn)煤礦礦井安全與地質(zhì)環(huán)境因素的關(guān)系，從而總結(jié)規(guī)律，找到一種“科學預測，超前監(jiān)控，事先防范”的事故預防途徑，以期在實踐中正確指導礦井安全生產(chǎn)。

［1］覃家海.地質(zhì)勘探安全規(guī)程讀本［M］.北京:地質(zhì)出版社，2005:33－46.

［2］襄樊360地質(zhì)礦山資源勘查有限公司.南漳縣東鞏鎮(zhèn)煤礦資源儲量檢測報告［R］.襄樊:360地質(zhì)礦山資源勘查有限公司，2006.

［3］國家煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.煤礦安全規(guī)程［S］.北京:煤炭出版社，2005:16－19.